[发明专利]锚固段穿越双地层的预应力锚索极限粘结强度的预测方法

说明书

本发明提供一种锚固段穿越双地层的预应力锚索极限粘结强度的预测方法，包括以下步骤：推导双地层条件下预应力锚索锚固段剪应力状态处于全部弹性阶段时、处于部分屈服第一阶段时、处于部分屈服第二阶段时、处于部分屈服第三阶段时的预应力锚索拉拔力P与预应力锚索始端位移u之间的理论关系式；推导双地层条件下预应力锚索锚固段剪应力状态和处于全部屈服阶段时的预应力锚索极限拉拔力P以及预应力锚索始端位移u的范围；根据现场拉拔试验获得的P_t‑u曲线得到理论公式预测的P_c‑u曲线；检验由理论公式预测的P_c‑u曲线与由现场拉拔试验获得的P_t‑u曲线之间的吻合度是否满足要求。

技术领域

本发明涉及岩土工程领域，具体涉及预应力锚索极限粘结强度的预测方法。

背景技术

目前，预应力锚索极限粘结强度的预测方法主要包括试验法和经验法两种；试验法又包括现场拉拔试验和室内模型试验两种，经验法是指采用某种手段建立起预应力锚索极限粘结强度与周围岩土体种类或基本质量指标之间的定量关系；采用现场拉拔试验预测预应力锚索的极限粘结强度时，需要将预应力锚索拉到破坏，且当锚固段穿越多种地层时，至少需要开展相应地层数量的拉到破坏的现场拉拔试验，因此较为费时费力且成本较高。此外，实际工程中所开展的预应力锚索现场拉拔试验仅是为了验证预应力锚索的锚固力是否满足设计要求，因此大都没有拉到破坏，无法直接获取不同地层中预应力锚索的极限粘结强度。

室内模型试验有利于控制边界条件，可方便地测量预应力锚索灌浆体与周围岩土体间的真实的极限粘结强度，且可通过改变岩土体种类测量出预应力锚索在不同岩土体中的极限粘结强度，但实际工程中的岩土体种类往往与室内试验中采用的不同，且由于尺寸效应的存在，室内模型试验成果能否推广至原型中去还有待进一步商榷。经验法是目前实际工程中广泛采用的预应力锚索极限粘结强度的预测方法，设计者往往根据相关设计规范推荐的不同类型岩土体对应的极限粘结强度参考区间进行取值，该种取值带有较大的盲目性，无可靠的理论依据。例如中国专利CN103969183A公开了一种测试锚杆或锚索与混凝土粘结强度的试验装置及方法，通过利用用于测试锚杆或锚索与混凝土粘结强度的试验装置，进行试件制作与养护，安装试件，拉拔试件，读数步骤进行测试粘结强度；例如中国2015年5月湖南大学土木工程学院工程硕士论文“锚索有效锚固长度及其对粘贴强度取值影响研究”公开了基于少数的锚杆拉拔试验结果，根据适用不同锚固地层的荷载模型，推导荷载传递方程式，利用试验所得的P-S曲线反演得到包括粘结强度在内的相关参数。

此外，在现有技术中，大多数是设计方法中设计者为了规避风险和责任，往往取相关设计规范推荐的不同类型岩土体对应的极限粘结强度参考区间的下限，这在一定程度上提高了工程造价、浪费了工程材料，不符合绿色发展理念，因此不值得推广，且理应摈弃该种设计理念。

发明内容

本发明针对以上不足之处，提供了一种适用于锚固段穿越双地层的预应力锚索极限粘结强度的预测方法，该方法基于弹簧-粘片力学模型给出了双地层条件下预应力锚索锚固段剪应力状态处于不同阶段时的预应力锚索拉拔力与始端位移之间的理论关系式，该理论关系式与现场拉拔试验数据相结合可以预测得到不同地层中的预应力锚索的极限粘结强度，从而为锚固段穿越双地层的预应力锚索的设计优化提供可靠的参数支撑。

为了实现上述内容，本发明提供以下技术方案：

本发明提供一种锚固段穿越双地层的预应力锚索极限粘结强度的预测方法，所述方法包括以下步骤：

(1)推导双地层条件下预应力锚索锚固段剪应力状态处于全部弹性阶段时的预应力锚索拉拔力P与预应力锚索始端位移u之间的理论关系式；

(2)推导双地层条件下预应力锚索锚固段剪应力状态处于部分屈服第一阶段时的预应力锚索拉拔力P与预应力锚索始端位移u之间的理论关系式；

(3)推导双地层条件下预应力锚索锚固段剪应力状态处于部分屈服第二阶段时的预应力锚索拉拔力P与预应力锚索始端位移u之间的理论关系式；